Ảnh hưởng nhiễu pha lên việc đồng bộ trong hệ OFDM-CDMA : Luận văn ThS. Vật lý: 60 44 03

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN KHẢ PHI ẢNH HƢỞNG NHIỄU PHA LÊN VIỆC ĐỒNG BỘ TRONG HỆ OFDM-CDMA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN KHẢ PHI ẢNH HƢỞNG NHIỄU PHA LÊN VIỆC ĐỒNG BỘ TRONG HỆ OFDM-CDMA Chuyên ngành: Vật lý vô tuyến điện tử Mã số: 60 44 03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS NGUYỄN VIẾT KÍNH Hà Nội - 2012 Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v LỜI CẢM ƠN viii LỜI MỞ ĐẦU ix Chƣơng 1- HỆ THỐNG OFDM-CDMA 1.1 KỸ THUẬT OFDM.[5 ] 1.1.1 ĐA SÓNG MANG, OFDM VÀ FDM 1.1.2 NGUYÊN TẮC TRỰC GIAO TRONG OFDM .3 1.1.3 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG OFDM.[16 ] 1.1.4 ĐỒNG BỘ TRONG HỆ OFDM.[9 ] 1.1.5 ƢU NHƢỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA OFDM .9 1.2 CÔNG NGHỆ CDMA.[2 ][4 ][19 ] 10 1.2.1 TỔNG QUAN VỀ CDMA 10 1.2.2 MÃ TRẢI PHỔ.[4 ][6 ] 12 1.2.3 CÁC KIỂU TRẢI PHỔ CƠ BẢN 14 1.2.4 ƢU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG CDMA 14 1.3 HỆ THỐNG OFDM-CDMA.[16 ][21 ] .16 1.3.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG OFDM-CDMA 16 1.3.2 ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA HỆ OFDM-CDMA.[16 ] 23 TÓM TẮT CHƢƠNG 24 Chƣơng 2- ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỄU PHA LÊN VIỆC ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OFDM-CDMA 25 2.1 MỘT SỐ LOẠI NHIỄU TRONG HỆ THỐNG OFDM-CDMA.[1 ] 25 2.1.1 NHIỄU GAUSS TRẮNG 25 2.1.2 NHIỄU LIÊN KÝ HIỆU ISI 25 2.1.3 NHIỄU LIÊN SÓNG MANG ICI 26 2.1.4 NHIỄU ĐỒNG KÊNH (Co-Channel Interference) 26 2.1.5 NHIỄU ĐA TRUY NHẬP (Multiple Access Interference) 27 2.1.6 NHIỄU DO KÊNH TRUYỀN.[1 ] .27 2.2 ĐỒNG BỘ TRONG HỆ THỐNG OFDM-CDMA.[8 ][16 ] 30 2.2.1 ĐỒNG BỘ ĐỊNH THỜI TRONG OFDM-CDMA 32 2.2.2 ĐỒNG BỘ TẦN SỐ TRONG OFDM-CDMA .35 2.3 ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỄU PHA LÊN SỰ ĐỒNG BỘ VÀ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG OFDM-CDMA.[11 ][15 ] 37 i Mục lục 2.3.1 NGUYÊN NHÂN GÂY RA NHIỄU PHA .37 2.3.2 TÍNH TỐN ẢNH HƢỞNG NHIỄU PHA LÊN CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG OFDM-CDMA 40 TÓM TẮT CHƢƠNG 54 Chƣơng 3- MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM-CDMA 55 3.1 3.2 MỤC ĐÍCH MƠ PHỎNG .55 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG MÔ PHỎNG.[7 ] 55 3.2.1 MƠ HÌNH NHIỄU PHA 55 3.3 CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ MÔ PHỎNG: 56 3.4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG: .57 3.4.1 NHIỄU PHA 57 3.4.2 ẢNH HƢỞNG NHIỄU PHA LÊN VIỆC ĐỒNG BỘ 58 KẾT LUẬN 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 ii Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Phân bố tần số hệ thống đơn sóng mang đa sóng mang (a) bên phát (b)bên nhận .2 Hình 1.2: Hiệu sử dụng phổ FDM-OFDM .3 Hình 1.3: Sơ đồ khối hệ thống OFDM Hình 1.4: Các bƣớc đồng hệ OFDM .7 Hình 1.5: Các mơ hình kết hợp OFDM-CDMA .16 Hình 1.6: Sơ đồ khối mơ hình hệ thống OFDM-CDMA 18 Hình 1.7: Sơ đồ khối phát hệ thống OFDM-CDMA 18 Hình 1.8: Sơ đồ khối thu hệ thống OFDM-CDMA .19 Hình 1.9: Sơ đồ phát OFDM-DS-CDMA 19 Hình 1.10: Sơ đồ thu OFDM-DS-CDMA 20 Hình 1.11: Sơ đồ phát hệ thống MT-CDMA 21 Hình 1.12: Sơ đồ thu hệ thống MT-CDMA 21 Hình 1.13: So sánh hệ thống OFDM-CDMA MC–DS–CDMA 22 Hình 2.1: Nhiễu đa truy cập 27 Hình 2.2: Các tín hiệu đa đƣờng .28 Hình 2.3: Trải trễ đa đƣờng 29 Hình 2.4: Phần tử đồng hệ thống OFDM-CDMA 31 Hình 2.5: Cấu trúc khung OFDM-CDMA .32 Hình 2.6: Đồng định thời thơ dựa việc tách ký tự trống 33 Hình 2.7: Đồng định thời tinh dựa việc ƣớc tính đáp ứng xung kênh 35 Hình 2.8: Đồng tần số tinh dựa việc sử dụng chuỗi tham khảo 36 Hình 2.9: Nhiễu pha hệ thống OFDM-CDMA không ổn định tạo dao động 37 Hình 2.10: Nhiễu ICI hệ thống OFDM-CDMA không ổn định tạo dao động 38 Hình 2.11: Nhiễu ICI hệ thống OFDM-CDMA không ổn định tạo dao động 39 Hình 2.12: Nhiễu ICI hệ OFDM-CDMA sai lệch tần số lấy mẫu bên phát thu 40 Hình 2.13: Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống OFDM-CDMA cho ngƣời dùng 40 Hình 2.14: Sự đóng góp sóng mang thứ n tới lối FFT thứ k với N=8, FT =0,1 44 Hình 2.15: Độ xuống cấp hàm số độ trơi tần số sóng mang 46 Hình 2.16: Độ xuống cấp hàm số rung pha sóng mang 48 iii Danh mục hình vẽ Hình 2.17: Giản đồ chòm rung pha chủ yếu với thành phần tần thấp với N=128 .49 Hình 2.18: Giản đồ chịm rung pha chủ yếu với thành phần tần cao với N=128 49 Hình 2.19: Ảnh hƣởng trôi định thời số lên pha biên độ .50 Hình 2.20: Sự đóng góp sóng mang phát thứ n tới lối FFT thứ k với tổng T  0.2 51 T Hình 2.21: Ảnh hƣởng trơi tần số đồng hồ lên xuống cấp   52 số sóng mang N=8, Hình 2.22: Ảnh hƣởng rung pha định thời .53 Hình 3.1: Sơ đồ khối mơ ảnh hƣởng nhiễu pha lên hệ OFDM-CDMA 55 Hình 3.2: Mơ hình nhiễu pha nhƣ tác động hai nhiễu trắng Gauss cộng tính .56 Hình 3.3: Mật độ phổ cơng suất nhiễu pha .57 Hình 3.4: Nhiễu pha đƣợc tạo cho tất ký hiệu(symbols) OFDM-CDMA 57 Hình 3.5: Độ xuống cấp hệ thống có nhiễu pha 58 Hình 3.6: Tỉ lệ lỗi bit hệ thống OFDM-CDMA có nhiễu pha .59 Hình 3.7: Tỉ lệ lỗi bit hệ thống OFDM-CDMA với phƣơng sai nhiễu pha thay đổi .60 iv Danh mục từ viết tắt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AWGN Additive White Gaussian Noise Nhiễu Gauss trắng cộng tính BER Bit Error Rate Tỉ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khoá dịch pha hai cực BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CP Cyclic Prefix Tiền tố vòng DAC Digital to Analog Conversion Bộ biến đổi số-tƣơng tự DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DS-CDMA Direct Sequence CDMA CDMA chuỗi trực tiếp DS-SS Direct Sequence Spread Spectrum Trải phổ dãy trực tiếp DSB Double Side Band Song biên DSP Digital Signal Processor Bộ xử lý tín hiệu số EGC Equal Gain Combining Tổ hợp độ lợi cân FDD Frequency Division Duplex Song công phân chia theo tần số FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Forward Error Coding Mã sửa lỗi hƣớng thuận FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FH-SS Frequency Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy tần số FIR Finite Impulse Response Bô lọc số có đáp ứng xung hữu hạn FSK Frequency Shift Keying Khóa dịch tần ICI InterChanel Inference Nhiễu liên kênh GI Guard Interval Khoảng bảo vệ IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ngƣợc IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh ngƣợc v Danh mục từ viết tắt ISI InterSymbol Interference Nhiễu ký hiệu LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp MAI Multiple Access Interference Nhiễu đa truy nhập MC Multicarrier Đa sóng mang OFDM-DSCDMA Multicarrier – DS- CDMA DS-CDMA đa sóng mang MMSE Minimum Mean Square Error Lỗi bình phƣơng trung bình cực tiểu MUX Multiplexer Bộ ghép kênh MRC Maximum Ratio Combining Tổ hợp tỉ lệ tối đa MS Mobile Station Trạm di động OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao ORC Orthogonal Restoring Combining Tổ hợp khôi phục trực giao PAPR Peak to Average Power Ratio Tỷ số công suất đỉnh cơng suất trung bình PIC Parallel Interference Cancellation Triệt nhiễu song song PN Pseudo Noise Giả ngẫu nhiên PSD Power Spectral Density Mật độ phổ công suất PSK Phase Shift Keying Khoá dịch pha QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phƣơng QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phƣơng RFI Radio Frequency Interference Nhiễu tần số vô tuyến SNR Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu tạp âm (S/N) TH-SS Time Hopping Spread Spectrum Trải phổ nhảy thời gian SOVA Soft input Soft output Viterbi Algorithm Giải thuật Viterbi lối vào lỗi mềm vi Danh mục từ viết tắt UTRAN UMTS Terrestrial Radio Network Mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS UE User Equipment Thiết bị ngƣời dùng TORC Top Orthogonal Restoring Combining Tổ hợp khôi phục trực giao đỉnh vii Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Tác giả xin gửi lời cảm ơn trân thành sâu sắc đến thầy PGS.TS Nguyễn Viết Kính hƣớng dẫn tận tình thầy trình tác giả viết luận văn nhƣ suốt trình học tập Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo môn Vô tuyến tạo điều kiện tốt cho tác giả trình học tập môn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến bạn diễn đàn mạng có buổi thảo luận vấn đề mà tác giả quan tâm Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè gia đình chỗ dựa tinh thần vững để tác giả hồn thành đƣợc luận văn Hà Nội, 11/2012 Nguyễn Khả Phi viii